Betriebsfestigkeitsberechnungen

Baugruppen, Komponenten und Bauteile unterliegen oft während ihrem Produktleben einer mehrfachen wiederkehrenden Belastung. Dabei kann das Bauteil mit der Zeit ermüden und Bauteilanrisse ausbilden.
Im schlimmsten Falle kommt es zum Funktionsverlust oder zum Abriss und damit zum Versagen des Bauteils.

Bei einer häufigen Belastung ist eine statische Bemessung auf einmalige Spitzenbelastungen nicht mehr ausreichend. Hier sind Betriebsfestigkeitsanalysen notwendig, mit denen die Ermüdung bzw. Lebensdauer bewertet wird.

Bei Betriebsfestigkeitsanalysen werden die typischen Einflussfaktoren berücksichtigt wie z.B:

• Stützwirkung über Spannungsumlagerung
• Oberflächenrauhigkeiten
• Mittelspannungseinfluss
• technologische Größe
• Überlebenswahrscheinlichkeiten

Als Ergebnis werden die Sicherheiten bzw. die Auslastungen für die entsprechenden Lastfälle farbgrafisch oder tabellarisch dargestellt und, sofern nötig, über den Vergleich mit (synthetischen) Wöhlerlinien die rechnerisch ertragbare Lastspielzahlen ermittelt.

Ein wichtiger Aspekt bei Betriebsfestigkeitsberechnungen ist die Information über die Belastungssituation, was die Bauteile tatsächlich über der Zeit an Belastungen (Kräfte, Beschleunigungen, Temperatur, …) erfahren. Bei zu konservativen Ansätzen besteht die Gefahr, dass das Produkt überdimensioniert wird.
Die Lebensdauer wird über Wöhlerlinien abgeschätzt, die einen logarithmischen/exponentiellen Zusammenhang zwischen Belastung und Lebensdauer beschreiben. Typischerweise wird bei gekerbten, ungeschweißten Bauteilbereichen die Lebensdauer halbiert, wenn die Belastungen um nur 10% zunehmen.

Normen und Regelwerke

Betriebsfestigkeitsberechnungen sind in den verschiedensten Normen und Richtlinien implementiert. Hierbei arbeiten wir normkonform mit folgenden Normen und Richtlinien:

• FKM-Richtlinie
• VDI 2230
• AD2000
• ASME
• DIN EN 13445
• DIN EN 13001
• DIN EN 1993
• IIW
• u.a.

Tools und Werkzeuge

Betriebsfestigkeitsberechnungen sind im Vergleich zu statischen Analysen aufwändig. Dabei ist es unumgänglich, mit speziellen Softwaretools zu arbeiten, die den unterschiedlichen Anforderungen an Effizienz, Reproduzierbarkeit und Verlässlichkeit gerecht werden.
Hierfür nutzen wir folgende Tools:

• Femfat
• Rifest
• WCD
• Eigene validierte Excel- oder webbasierte Tools, z.B. Bolts

Damit sind wir in der Lage, Ermüdungsfestigkeitsnachweise normkonform auszuführen und entsprechend zu dokumentieren.

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